Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas

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La expresión condicional de los factores de transcripción ATERF-1, ERF037, ANAC058 y ZAT10 como herramienta para su caracterización funcional en respuestas mediadas por NO y ABA
(Universitat Politècnica de València, 2015-10-20) Ferreres Cabanes, Guillem; Rodrigo Bravo, Ismael; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] Los factores de transcripción ATERF-1, ERF037, ANAC058 y ZAT10 fueron seleccionados como potencialmente implicados en respuestas de hipersensibilidad e hiposensibilidad a óxido nítrico (NO) y/ ABA a partir de un escrutinio de líneas de expresión condicional de una colección de factores de transcripción de Arabidopsis thaliana. Mediante las líneas correspondientes que expresan dichos factores bajo el control de un promotor inducible por beta-estradiol, se ha analizado el papel de dichos factores en respuestas de las plantas controladas por NO y/o ABA que incluyen procesos como la germinación de las semillas, la elongación de hipocotilos en plantas etioladas, la deshidratación o la termotolerancia a altas temperaturas. Además, se ha analizado la posible interacción funcional entre dichos factores mediante el análisis de los perfiles de expresión génica en las diferentes líneas en presencia/ausencia del inductor beta-estradiol.
RAP2.3 negatively regulates nitric oxide biosynthesis and related responses through a rheostat-like mechanism in Arabidopsis
(Oxford University Press, 2020-05-30) Leon Ramos, Jose; Costa-Broseta, Álvaro; Castillo López del Toro, Mª Cruz; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; European Regional Development Fund; Ministerio de Economía y Competitividad; Ministerio de Economía, Industria y Competitividad; Agencia Estatal de Investigación
[EN] Nitric oxide (NO) is sensed through a mechanism involving the degradation of group-VII ERF transcription factors (ERFVIIs) that is mediated by the N-degron pathway. However, the mechanisms regulating NO homeostasis and downstream responses remain mostly unknown. To explore the role of ERFVIIs in regulating NO production and signaling, genome-wide transcriptome analyses were performed on single and multiple erfvii mutants of Arabidopsis following exposure to NO. Transgenic plants overexpressing degradable or non-degradable versions of RAP2.3, one of the five ERFVIIs, were also examined. Enhanced RAP2.3 expression attenuated the changes in the transcriptome upon exposure to NO, and thereby acted as a brake for NO-triggered responses that included the activation of jasmonate and ABA signaling. The expression of non-degradable RAP2.3 attenuated NO biosynthesis in shoots but not in roots, and released the NO-triggered inhibition of hypocotyl and root elongation. In the guard cells of stomata, the control of NO accumulation depended on PRT6-triggered degradation of RAP2.3 more than on RAP2.3 levels. RAP2.3 therefore seemed to work as a molecular rheostat controlling NO homeostasis and signaling. Its function as a brake for NO signaling was released upon NO-triggered PRT6-mediated degradation, thus allowing the inhibition of growth, and the potentiation of jasmonate- and ABA-related signaling.
Control de la plasticidad ambiental por las proteínas DELLA
(Universitat Politècnica de València, 2023-02-08) Wu, Siyi; Mulet Salort, José Miguel; Agusti Feliu, Javier; Blazquez Rodriguez, Miguel Angel; Dpto. de Producción Vegetal; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] Las plantas tienen una enorme capacidad de interpretar señales ambientales y modificar su comportamiento para optimizar el uso de recursos. En este contexto, la plasticidad se puede definir como el rango de intensidad de señales que puede percibir una planta y que modifica algún aspecto de su desarrollo. Las plantas tienen en general una plasticidad elevada, pero no se conocen los circuitos genéticos que explican dicha propiedad. Las hormonas giberelinas (GAs) modulan la expresión de muchos genes de crecimiento y desarrollo en respuesta a las condiciones ambientales, y se ha postulado que su papel evolutivo ha sido el de favorecer la adaptación a través de aumentar la plasticidad, pero nunca se ha demostrado experimentalmente. El Trabajo de Fin de Máster que planteamos tiene como objetivo probar si las GAs realmente afectan a la plasticidad. Para ello se estudiarán plantas silvestres, mutantes sin señalización por GAs, y mutantes con una señalización constitutiva de GAs, a las que se someterán a un rango determinado de señales de distinta naturaleza. Por ejemplo, intensidades crecientes de luz desde 0 hasta 200 µmol m-2 s-1 o cantidades crecientes de sal en el medio inhiben el crecimiento del hipocotilo, mientras que temperaturas entre 16 y 29ºC aumentan el crecimiento. Si las GAs regulan la plasticidad, plantas con más o con menos señalización de GAs tendrán una plasticidad menor; es decir, el intervalo de intensidades de señales (luz, temperatura, sal¿) al que responderán será menor que en una planta silvestre.
ABA inhibits myristoylation and induces shuttling of the RGLG1 E3 ligase to promote nuclear degradation of PP2CA
(Blackwell Publishing, 2019-06) Belda Palazón, Borja; Julian, Jose; Coego, Alberto; Wu, Qian; Zhang, Xu; Batistic, Oliver; Alquraishi, Saleh A.; Kudla, Joerg; An, Chengcai; Rodríguez Egea, Pedro Luís; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Ministerio de Economía y Competitividad; Generalitat Valenciana; Deutsche Forschungsgemeinschaft; European Regional Development Fund; Consejo Superior de Investigaciones Científicas; Agencia Estatal de Investigación
[EN] Hormone- and stress-induced shuttling of signaling or regulatory proteins is an important cellular mechanism to modulate hormone signaling and cope with abiotic stress. Hormone-induced ubiquitination plays a crucial role to determine half-life of key negative regulators of hormone signaling. For ABA signaling, degradation of clade A PP2Cs, such as PP2CA or ABI1, is a complementary mechanism to PYR/PYL/RCAR-mediated inhibition of PP2C activity. ABA promotes the degradation of PP2CA through the RGLG1 E3 ligase, although it is not known how ABA enhances the interaction of RGLG1 with PP2CA given they are predominantly found in plasma membrane and nucleus, respectively. We demonstrate that ABA modifies the subcellular localization of RGLG1 and promotes nuclear interaction with PP2CA. We found RGLG1 is myristoylated in vivo, which facilitates its attachment to plasma membrane. ABA inhibits myristoylation of RGLG1 through downregulation of Nmyristoyltransferase1 (NMT1) and promotes nuclear translocation of RGLG1 in a cycloheximide-insensitive manner. Enhanced nuclear recruitment of the E3 ligase was also promoted by increasing PP2CA protein levels and the formation of RGLG1-receptor-phosphatase complexes. We show that RGLG1Gly2Ala -mutated in the Nterminal myristoylation site- shows constitutive nuclear localization and causes enhanced response to ABA and salt/osmotic stress. RGLG1/5 can interact with certain monomeric ABA receptors, which facilitates the formation of nuclear complexes such as RGLG1-PP2CA-PYL8. In summary, we provide evidence that an E3 ligase can dynamically re-localize in response to both ABA and increased levels of its target, which reveals a mechanism to explain how ABA enhances RGLG1-PP2CA interaction and hence PP2CA degradation.
Thermospermine catabolism increases Arabidopsis thaliana resistance to Pseudomonas viridiflava
(Oxford University Press (OUP), 2013-03) Marina, Maria; Vera Sirera, Francisco José; Rambla Nebot, Jose Luis; Gonzalez, Maria E.; Blazquez Rodriguez, Miguel Angel; Carbonell Gisbert, Juan; Pieckenstain, Fernando L.; Ruiz, Oscar A.; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Ministerio de Ciencia e Innovación; Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Argentina; Universidad Nacional de San Martín; Fundación Carolina
This work investigated the roles of the tetraamine thermospermine (TSpm) by analysing its contribution to Arabidopsis basal defence against the biotrophic bacterium Pseudomonas viridiflava. The participation of polyamine oxidases (PAOs) in TSpm homeostasis and TSpm-mediated defence was also investigated. Exogenous supply of TSpm, as well as ectopic expression of the TSpm biosynthetic gene ACL5, increased Arabidopsis Col-0 resistance to P. viridiflava, while null acl5 mutants were less resistant than Col-0 plants. The above-mentioned increase in resistance was blocked by the PAO inhibitor SL-11061, thus demonstrating the participation of TSpm oxidation. Analysis of PAO genes expression in transgenic 35S::ACL5 and Col-0 plants supplied with TSpm suggests that PAO 1, 3, and 5 are the main PAOs involved in TSpm catabolism. In summary, TSpm exhibited the potential to perform defensive functions previously reported for its structural isomer Spm, and the relevance of these findings is discussed in the context of ACL5 expression and TSpm concentration in planta. Moreover, this work demonstrates that manipulation of TSpm metabolism modifies plant resistance to pathogens.
Arabidopsis COGWHEEL1 links light perception and gibberellins with seed tolerance to deterioration
(Blackwell Publishing, 2016) Bueso Ródenas, Eduardo; Muñoz Bertomeu, Jesús; Campos, Francisco; Martínez-Ortuño, Cándido José; Tello Lacal, Carlos; Martínez-Almonacid, Irene; Ballester Fuentes, Patricia; Simon-Moya, Miguel; Brunaud, Veronique; Yenush, Lynne Paula; Ferrandiz Maestre, Cristina; Serrano Salom, Ramón; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Escuela de Doctorado; Ministerio de Economía y Competitividad
[ES] Significance Statement Seed tolerance to deterioration depends on anti-aging defenses only partially understood. COG1 encodes a transcription factor previously described to attenuate phytochrome responses to light and we found that it is a positive regulator of seed tolerance to deterioration while light perception by phytochromes is negative. The proposed mechanism is that COG1 increases gibberellins levels, leading to a seed coat containing more suberin and less permeable to oxygen. Light is known to inhibit gibberellins action.
Regulation of the nitric oxide synthesis and signaling by posttranslational modifications and N-end rule pathway-mediated proteolysis in Arabidopsis thaliana
(Universitat Politècnica de València, 2019-01-04) Costa Broseta, Álvaro; Leon Ramos, Jose; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas
El óxido nítrico (NO) es una molécula gaseosa altamente reactiva que regula el crecimiento y el desarrollo de las plantas así como sus respuestas de defensa. El NO se produce principalmente a partir de nitrito por las nitrato reductasas (NRs) en balance con las nitrito reductasas (NiRs), y es percibido a través de un mecanismo en el que está involucrada la proteólisis dirigida por la secuencia aminoterminal del grupo VII de los factores de transcripción ERF (ERFVIIs). El NO ejerce especialmente su función señalizadora al causar modificaciones postraduccionales en las proteínas y alterar su función, estructura y/o estabilidad. Por estos medios y en colaboración con distintas rutas de señalización fitohormonales, el NO es capaz de regular un amplio abanico de procesos celulares en plantas, incluyendo aquellos relacionados con la adquisición de tolerancia a la congelación. Utilizando Arabidopsis thaliana como planta modelo, en este trabajo se descubrió que el NO puede regular su propia biosíntesis, puesto que las enzimas NRs y NiRs fueron reguladas por tres factores principales: señalización inducida por nitrato y controlada por la función del factor de transcripción NIN-like protein 7 (NLP7), la proteólisis dirigida por la secuencia aminoterminal, y la degradación mediada por el proteasoma, probablemente ocasionada por modificaciones postraduccionales relacionadas con el NO. Adicionalmente, se descubrió que el factor de transcripción ERFVII RAP2.3 regula negativamente tanto la biosíntesis de NO como las respuestas que desencadena a través de un mecanismo similar a un reóstato en el que están involucradas ramas específicas relacionadas con el NO de las rutas de señalización de jasmonato y ácido abscísico. Por otro lado, una caracterización metabolómica y transcriptómica combinada de plantas mutantes nia1,2noa1-2 deficientes en NO y plantas fumigadas con NO permitió desentrañar una serie de mecanismos que están controlados por NO. En primer lugar, la percepción de NO en los hipocotilos requeriría varias hormonas para ser completada, como fue confirmado por los rastreos de acortamiento de hipocotilo por NO con mutantes relacionados con hormonas y la colección TRANSPLANTA de líneas transgénicas que expresan condicionalmente factores de transcripción de Arabidopsis. En segundo lugar, dosis elevadas de NO causan una reprogramación masiva aunque transitoria de los metabolismos primario y secundario, incluyendo la alteración del estado redox celular, la alteración de la permeabilidad de estructuras lipídicas y el recambio de proteínas y ácidos nucleicos. Por último, se descubrió que el NO previene el desarrollo de la tolerancia a congelación bajo condiciones no estresantes de temperatura, mientras que resulta esencial para la aclimatación a frío desencadenada por bajas temperaturas que conduce a una tolerancia mejorada a congelación. El NO conseguiría esta modulación afinada de la activación de respuestas relacionadas con frío al coordinar la acumulación de diferentes metabolitos y hormonas. En conjunto, este trabajo arroja luz sobre los mecanismos mediante los cuales, al interactuar con varias rutas señalizadoras y metabólicas, el NO puede regular distintos procesos clave de la fisiología vegetal.
Estudio de la respuesta a citoquininas y las divisiones celulares durante la parada global de la proliferación en Arabidopsis thaliana
(Universitat Politècnica de València, 2020-02-13) González Cuadra, Irene; Bueso Ródenas, Eduardo; Ferrandiz Maestre, Cristina; Merelo Cremades, Paz; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] Muchas especies de plantas anuales y algunas perennes, entre ellas gran parte de los cultivos con importancia económica, pertenecen al grupo de las plantas monocárpicas. Éstas presentan una única fase reproductiva tras la cual entran en estado de senescencia y mueren. En plantas monocárpicas, después de la producción de cierto número de frutos, se detiene de manera coordinada la actividad de los meristemos reproductivos y, con ello, la producción de flores y frutos. Este proceso se denomina Parada Global de la Proliferación o Global Proliferative Arrest (GPA) y constituye una adaptación evolutiva para asegurar la redistribución de nutrientes hacia la producción de semillas. Además, desde un punto de vista agronómico, el proceso del GPA constituye una diana importante en programas de mejora ya que determina la duración de la fase reproductiva y, con ello, el rendimiento de los cultivos monocárpicos. Estudios previos basados en análisis fisiológicos y genéticos muestran que la producción de frutos y semillas controla el momento en el que se produce el GPA. Sin embargo, la naturaleza molecular de las señales que actúan desde los frutos o semillas al meristemo reproductivo o inflorescente (MI) se desconoce completamente. Además de este control sistémico, hay evidencias de un control genético del GPA dependiente de la edad de la planta. En este sentido, se ha propuesto que el módulo formado por los factores de transcripción FRUITULL y APETALA2, implicados en procesos del desarrollo de frutos y flores, participa en la regulación del GPA dependiente de la edad, y que este módulo actúa en paralelo a los factores dependientes de las semillas. El presente Trabajo Fin de Máster (TFM) pretende aportar mayor información acerca de los mecanismos moleculares que regulan el GPA así como identificar marcadores morfológicos que ayuden a definir cuándo y cómo se produce este proceso. En particular, este TFM se ha centrado en el estudio de factores implicados en el mantenimiento de la actividad meristemática, como son la señalización de las citoquininas (CKs) y la actividad mitótica. La monitorización de un sensor de señalización de CKs (TCSn::GFP:ER) y de marcadores de la actividad mitótica (pCYCB1;2::D-box:GUS y pCYCB1;2::D-box:GFP) en MIs activos, en GPA así como en diferentes fondos genéticos y en MIs tras diferentes tratamientos, muestra una correlación entre la represión de la señalización de las CKs y el cese de la actividad mitótica y el inicio del GPA. Además, la reversión tanto de la señalización de las CKs (promotoras de la división celular) como de la actividad mitótica tras la reactivación de MIs parados sugiere que el GPA es un estado de quiescencia mitótica de los MIs.
Regulation of Compound Leaf Development by PHANTASTICA in Medicago truncatula
(American Society of Plant Biologists, 2014-01) Ge, Liangfa; Peng, Jianling; Berbel Tornero, Ana; Madueño Albi, Francisco; Chen, Ruijin; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; National Science Foundation, EEUU; Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology; Generalitat Valenciana
[EN] Plant leaves, simple or compound, initiate as peg-like structures from the peripheral zone of the shoot apical meristem, which requires class I KNOTTED-LIKE HOMEOBOXI (KNOXI) transcription factors to maintain its activity. The MYB domain protein encoded by the ASYMMETRIC LEAVES1/ROUGH SHEATH2/PHANTASTICA (ARP) gene, together with other factors, excludes KNOXI gene expression from incipient leaf primordia to initiate leaves and specify leaf adaxial identity. However, the regulatory relationship between ARP and KNOXI is more complex in compound-leafed species. Here, we investigated the role of ARP and KNOXI genes in compound leaf development in Medicago truncatula. We show that the M. truncatula phantastica mutant exhibited severe compound leaf defects, including curling and deep serration of leaf margins, shortened petioles, increased rachises, petioles acquiring motor organ characteristics, and ectopic development of petiolules. On the other hand, the M. truncatula brevipedicellus mutant did not exhibit visible compound leaf defects. Our analyses show that the altered petiole development requires ectopic expression of ELONGATED PETIOLULE1, which encodes a lateral organ boundary domain protein, and that the distal margin serration requires the auxin efflux protein M. truncatula PIN-FORMED10 in the M. truncatula phantastica mutant.
Estudio sobre SCAMP5, potencial regulador del canal de potasio KAT1 en Arabidopsis thaliana
(Universitat Politècnica de València, 2020-10-01) Carnero Fernández, Enrique; Andrés Colás, Nuria; Instituto Universitario Mixto de Biología Molecular y Celular de Plantas; Dpto. de Biotecnología; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural
[ES] La homeostasis iónica celular es imprescindible para el correcto funcionamiento de las plantas. Gracias a ella se mantiene el nivel de pH idóneo y el potencial electroquímico de membrana, se regula el contenido celular de agua, las reacciones químicas en el citosol y la actividad de los enzimas metabólicos, entre otras muchas funciones. Las bombas o canales iónicos son fundamentales para el mantenimiento de la homeostasis iónica celular, ya que regulan procesos clave para la misma, como el transporte selectivo entre los medios intracelular y extracelular. Uno de los iones más relevantes en la fisiología vegetal es el potasio (K⁺): regula procesos y dinámicas celulares fundamentales como la apertura y cierre de estomas, y derivado de ello, la transpiración de la planta, la regulación del flujo de agua, el intercambio de gases y el crecimiento de la planta. En concreto, el proceso de cierre y apertura de estomas consiste en la generación de un flujo de agua en las células colindantes al estoma (células guarda) que varía su turgencia, provocando la apertura o cierre del poro. Este flujo de agua lo desencadena un cambio en el potencial osmótico de membrana provocado por cambios en la concentración de iones y otros solutos (de entre los que destaca el K⁺) en el citosol, a través de canales y bombas iónicas. La proteína de membrana KAT1 es un canal iónico perteneciente a la familia de proteínas rectificadoras de K⁺. Como tal, interviene en la apertura de estomas debido a su presencia en las células guarda y además contribuye en la regulación de la concentración de iones en el citosol celular y los tejidos de la planta, estando implicado en la tolerancia a la salinidad del suelo. Además, se ha observado que en presencia de ácido abscísico (ABA) se produce la endocitosis temporal de KAT1, provocando el cierre de estomas. Sin embargo, se desconocen los mecanismos responsables de su regulación. Con objeto de desarrollar nuevas variedades de plantas con mayor tolerancia y resistencia a la salinidad del suelo, es de especial relevancia conocer cómo son regulados los canales de potasio. En este trabajo se estudiará la proteína SCAMP5, identificada previamente en nuestro laboratorio mediante un screening Split-ubiquitina como candidata a interaccionar con KAT1. Esta proteína pertenece a la familia de proteínas de membrana secretoras SCAMPs (Secretory Carrier Membrane Proteins). Pese no haber sido confirmada aún su función, se han localizado en vesículas de reciclaje, lo que indica que pueden estar interviniendo en la endocitosis o exocitosis de otras proteínas, como podría ser el caso de KAT1. En primer lugar, se estudiará la localización subcelular de SCAMP5, mediante la expresión transitoria en Nicotiana benthamiana de SCAMP5 fusionado con la proteína fluorescente YFP (Yellow Fluorescence Protein). Este estudio no sólo se realizará para cerciorar la localización de SCAMP5, sino también para a través de esta, inferir su función, dado que cada orgánulo puede tener diferentes condiciones químicas, sustratos y otras moléculas que pueden determinar las funciones de las proteínas que alojan. Posteriormente, se estudiará la interacción proteína-proteína de SCAMP5, con la finalidad de confirmar la interacción de SCAMP5 con KAT1 en planta. Para ello, se ha diseñado un ensayo BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) in vivo, consistente en unir la secuencia codificante de KAT1 y SCAMP5 con fragmentos n-terminal y c-terminal de YFP para su expresión transitoria en Nicotiana Benthamiana. De este modo, si ambas proteínas interaccionaran, se reconstituiría la fluorescencia de YFP, pudiendo ser observable al microscopio confocal. Por último, para su caracterización funcional, se estudiará el efecto de la pérdida de expresión de SCAMP5 en la planta. Para ello, se realizará el genotipado de mutantes de Arabidopsis thaliana por inserción de T-DNA obtenid